Prêmio Acadêmico McKnight de 2023

O Conselho de Administração do McKnight Endowment Fund for Neuroscience tem o prazer de anunciar que selecionou dez neurocientistas para receber o Prêmio McKnight Scholar 2023. Este é o primeiro ano em que McKnight concede esses prêmios de acordo com as novas diretrizes do programa, que colocam ênfase adicional no aumento da diversidade, equidade e inclusão para melhorar a excelência e o impacto do nosso trabalho.

Os McKnight Scholar Awards são concedidos a jovens cientistas que estão nos estágios iniciais de estabelecimento de seus próprios laboratórios independentes e carreiras de pesquisa e que demonstraram comprometimento com a neurociência. Desde que o prémio foi introduzido em 1977, este prestigiado prémio para início de carreira financiou mais de 260 investigadores inovadores e estimulou centenas de descobertas revolucionárias.

“O comitê tem o prazer de parabenizar uma série de novos acadêmicos esplêndidos”, disse Richard Mooney, PhD, presidente do comitê de premiação e professor de neurobiologia George Barth Geller na Faculdade de Medicina da Universidade Duke. “Cada um está empenhado em resolver os problemas mais fundamentais da neurociência, desde a identificação das moléculas que constroem um sistema nervoso até à decifração dos cálculos neurais que nos permitem ver, aprender novas competências e até formar laços sociais.”

Cada um dos seguintes ganhadores do McKnight Scholar Award receberá $75.000 por ano durante três anos.

Houve 56 candidatos para o McKnight Scholar Awards deste ano, representando os melhores jovens professores de neurociências do país. O corpo docente é elegível para o prêmio durante os primeiros quatro anos em um cargo de docente em tempo integral. Além de Mooney, o comitê de seleção do Scholar Awards incluiu Gordon Fishell, Ph.D., Universidade de Harvard; Mark Goldman, Ph.D., Universidade da Califórnia, Davis; Kelsey Martin, MD, Ph.D., Fundação Simons; Jennifer Raymond, Ph.D., Universidade de Stanford; Vanessa Ruta, Ph.D., Universidade Rockefeller; e Michael Shadlen, MD, Ph.D., Universidade de Columbia.

O calendário de inscrições para os prêmios do próximo ano estará disponível em agosto. Para obter mais informações sobre os programas de premiação de neurociências da McKnight, visite o Site do Fundo de Doação.

Sobre o McKnight Endowment Fund for Neuroscience

O McKnight Endowment Fund for Neuroscience é uma organização independente financiada exclusivamente pela Fundação McKnight de Minneapolis, Minnesota, e é liderada por um conselho de neurocientistas proeminentes de todo o país. A Fundação McKnight apoia pesquisas em neurociências desde 1977. A Fundação criou o Endowment Fund em 1986 para levar a cabo uma das intenções do fundador William L. McKnight (1887-1979). Um dos primeiros líderes da 3M Company, ele tinha um interesse pessoal em memória e doenças cerebrais e queria que parte de seu legado fosse usado para ajudar a encontrar curas. Além dos Scholar Awards, o Endowment Fund concede doações a cientistas que trabalham para aplicar o conhecimento obtido por meio de pesquisas translacionais e clínicas em distúrbios cerebrais humanos por meio do McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards.

Prêmio Acadêmico McKnight de 2023

Ishmail Abdus-Saboor, Ph.D., Professor assistente de Ciências Biológicas e do Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, Nova York, NY

Eixo pele-cérebro para comportamentos de toque recompensadores

O toque social é um estímulo fundamental que é fundamental para as experiências humanas que vão desde nutrir outras pessoas e construir laços sociais até a receptividade sexual. Trabalhando com um modelo de rato e optogenética, a pesquisa anterior de Abdus-Saboor mostrou que existem conexões diretas entre as células neurais da pele e o cérebro, e que células dedicadas são especificamente sintonizadas para determinados sinais de toque. Estas células são necessárias e suficientes para provocar respostas físicas específicas – a ativação das células fez com que os ratos respondessem como se tivessem recebido um toque relacionado com o acasalamento, mesmo sem nenhum outro rato presente; e desativá-los levou a uma diminuição na resposta, mesmo quando associado a uma interação social.

Em sua nova pesquisa, Abdus-Saboor e sua equipe pretendem definir como os neurônios da pele desencadeiam sinais positivos únicos no cérebro e como o cérebro recebe e processa esses sinais como recompensadores, bem como identificar neurônios de toque que são necessários em diferentes cenários de toque (nutrir filhotes versus cuidar ou brincar). Um terceiro objetivo procurará identificar qual sensor nessas células identifica o toque. A pesquisa revelará mais sobre a conexão pele-cérebro, com aplicações potenciais para pesquisadores que estudam distúrbios sociais.

Yasmine El-Shamayleh, Ph.D.., Professor assistente, Departamento de Neurociências e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, Nova York, NY

Circuitos Corticais para Perceber a Forma Visual

Nos primatas, aproximadamente 30% do córtex cerebral é dedicado ao processamento de informações visuais. Usando novas técnicas, o Dr. El-Shamayleh está trabalhando para desenvolver uma compreensão mecanicista detalhada de como o cérebro detecta e reconhece os objetos que vemos. Concentrando-se na área cortical V4, a pesquisa de El-Shamayleh está revelando como vários tipos de neurônios nesta região do cérebro apoiam a nossa capacidade de perceber a forma dos objetos visuais.

A área cortical V4 está altamente sintonizada com a forma dos objetos no mundo. Neurônios individuais nesta área são especializados em detectar vários segmentos curvos ao longo do contorno de um objeto: saliências convexas ou reentrâncias côncavas. Diferentes conjuntos desses neurônios de preferência convexa e côncava podem detectar objetos diferentes com base na combinação de contornos convexos e côncavos que eles contêm. Por exemplo, um conjunto de neurônios pode detectar uma banana, enquanto outro pode detectar um abacaxi. Com base nesses insights importantes e usando novas aplicações de optogenética baseada em vetores virais em um modelo de primata, El-Shamayleh está registrando e manipulando a atividade de grupos específicos de neurônios V4 com precisão sem precedentes. Esta pesquisa está identificando como vários tipos de neurônios na área cortical V4 interagem para processar a forma de um objeto, e como a atividade neural nesta área está ligada à nossa percepção de partes convexas e côncavas dos objetos. A compreensão desses processos revelará detalhes sobre como o cérebro dos primatas processa a informação visual. Além disso, as inovações técnicas estabelecidas nesta pesquisa também facilitarão futuros estudos mecanicistas da função cerebral dos primatas e dos comportamentos específicos dos primatas.

Vikram Gadagkar, Ph.D., Professor assistente, Departamento de Neurociências e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, Nova York, NY

Mecanismos Neurais de Namoro e Monogamia

Embora tenha havido pesquisas significativas sobre como os animais aprendem e executam comportamentos, menos atenção tem sido dada à forma como um animal avalia o desempenho de outro durante as interações sociais. Nos pássaros canoros, a maioria das pesquisas analisou o que acontece no cérebro dos machos cantando para atrair uma parceira, mas não o que ocorre no cérebro da ave fêmea enquanto ela ouve o canto do macho. A nova pesquisa do Dr. Gadagkar visa preencher essa lacuna e criar uma imagem mais completa dessas complexas interações de namoro, bem como ajudar a expandir a pesquisa neural para incluir os cérebros femininos, muitas vezes negligenciados.

O trabalho do Dr. Gadagkar examinará uma parte do cérebro chamada HVC, um núcleo sensório-motor conhecido por ser ativo nos homens para marcar o tempo enquanto aprendem e executam sua música. Pela primeira vez, ele e o seu laboratório estão a registar o que acontece na HVC feminina enquanto ela ouve e avalia o canto masculino, para testar se estes neurónios codificam uma representação do canto masculino no seu cérebro. Em segundo lugar, a Dra. Gadagkar examinará como as mulheres fazem sua avaliação, se ela compara o desempenho atual com o desempenho anterior e o que os neurônios fazem quando erros são detectados. Finalmente, a pesquisa analisará o sistema de dopamina para ver como o cérebro mostra preferência pelo desempenho mais atraente. Isso também fornecerá insights sobre os mecanismos cerebrais da monogamia, uma vez que esses pássaros canoros acasalam para o resto da vida e usam o canto para formar e manter seus laços.

Hidehiko Inagaki, Ph.D., Instituto Max Planck de Neurociências da Flórida, Júpiter, FL

Mecanismos sinápticos e dinâmica de rede subjacentes à aprendizagem motora

Aprender uma nova habilidade exige que o cérebro faça alterações nos seus circuitos, um processo conhecido como plasticidade. Embora tenham sido realizadas pesquisas significativas para identificar como as redes cerebrais executam a habilidade, pouco se sabe sobre a mecânica de aprendizagem de novas habilidades. Dr. Inagaki e sua equipe estão trabalhando para se concentrar nas células e processos envolvidos durante o processo de aprendizagem. A pesquisa mostrou que o movimento planejado é controlado em todas as áreas do cérebro e que os animais experientes têm conexões diferentes dos animais novatos. Mas como essas conexões chegaram lá?

Usando imagens de 2 fótons in vivo e eletrofisiologia em larga escala em um modelo de camundongo, o Dr. Inagaki e sua equipe podem agora observar no nível celular quais mudanças estão acontecendo à medida que uma nova habilidade é aprendida – neste caso, aprendendo um novo momento para a acção. Eles observaram que a atividade cerebral muda à medida que os animais aprendem a se mover em momentos diferentes após uma deixa, e ver como essas mudanças ocorrem revelará muito sobre a mecânica do processo de aprendizagem. Usando a manipulação genética para permitir aos investigadores activar ou inibir proteínas associadas à plasticidade, pretendem descobrir não apenas quais as mudanças no cérebro, mas como essas mudanças são iniciadas e consolidadas. Observar as mudanças comportamentais nos animais permitirá à equipe vincular o que está acontecendo no nível celular com a nossa incrível capacidade de aprender e manter habilidades. Compreender mais sobre como funciona a aprendizagem pode ter implicações para a investigação sobre dificuldades de aprendizagem.

Peri Kurshan, Ph.D., Professor assistente, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, NY

Desvendando os mecanismos de desenvolvimento de sinapses, das moléculas ao comportamento

As sinapses, os locais onde os sinais são enviados e recebidos entre os neurônios, são a chave para o funcionamento dos circuitos neurais subjacentes ao comportamento. Compreender como as sinapses se desenvolvem no nível molecular e como o desenvolvimento sináptico influencia o comportamento é o objetivo da pesquisa do Dr. Kurshan. O modelo dominante sustenta que uma classe de proteínas chamadas moléculas de adesão celular sinápticas (sCAMs) inicia o processo, com uma família de sCAMs chamadas neurexinas, que estão altamente associadas a distúrbios do neurodesenvolvimento, como o autismo, especialmente indicados. Mas pesquisas in vivo mostram que eliminar as neurexinas não elimina as sinapses. Então, como funciona o processo?

Dr Kurshan usa a lombriga C. elegans como um sistema modelo para descobrir isso. Seu trabalho indica que as proteínas da estrutura citosólica pré-sináptica podem se auto-associar à membrana celular e, posteriormente, recrutar neurexinas para estabilizar as sinapses. Em sua nova pesquisa, usando imagens, proteômica, modelagem computacional e manipulação transgênica, ela e seu laboratório pretendem identificar quais proteínas e componentes da membrana celular estão envolvidos e como eles interagem. Um outro objetivo analisa diferentes variantes de neurexina (curtas e longas) para ver quais são suas funções e como sua perda leva a defeitos de circuito e comportamentais. A pesquisa tem implicações para uma série de distúrbios neurológicos ligados a defeitos sinápticos.

Scott Linderman, Ph.D., Professor Assistente de Estatística e Instituto de Neurociências Wu Tsai, Universidade de Stanford, Stanford, CA

Métodos de aprendizado de máquina para descobrir estrutura em dados neurais e comportamentais

As contribuições do Dr. Linderman para a neurociência não residem em experimentos de laboratório ou na realização de gravações neurais, mas no desenvolvimento de métodos de aprendizado de máquina que podem gerenciar e extrair insights das impressionantes quantidades de dados que esses tipos de pesquisa produzem. Com a tecnologia moderna, os investigadores estão a capturar gravações de alta resolução de um grande número de neurónios em todo o cérebro e, simultaneamente, a observar comportamentos de animais que se comportam livremente durante longos períodos de tempo. Linderman e sua equipe fazem parceria com laboratórios de pesquisa para desenvolver métodos probabilísticos de aprendizado de máquina para encontrar padrões em todos esses dados.

O laboratório de Linderman concentra-se especificamente em neuroetologia computacional e modelagem probabilística – essencialmente, descobrir como construir e ajustar modelos estatísticos ao tipo de dados que os pesquisadores produzem hoje. Seus projetos atuais e futuros demonstram a variedade de maneiras pelas quais o aprendizado de máquina pode ser aplicado à pesquisa neural: um projeto analisa o impacto da liberação de dopamina no comportamento, outro compara os efeitos neurais e comportamentais do neuromodulador serotonina e um terceiro estuda o estudo ao longo da vida. gravações de vídeo de killifish africanos de comportamento livre – o tipo de dados que, devido ao grande volume e complexidade, os investigadores não conseguem analisar eficazmente utilizando métodos tradicionais. Linderman aborda o trabalho como um parceiro integrado com colaboradores experimentais e, ao desenvolver métodos para resolver os problemas da neurobiologia, também está ajudando a avançar nos campos da estatística e do aprendizado de máquina.

Swetha Murthy, Ph.D., Professor assistente, Vollum Institute, Oregon Health and Science University, Portland, OR

Mecanosensação para orientar a morfologia celular

A mecanossensibilização – ou a detecção de força física por uma célula ou neurônio – é uma função surpreendentemente sutil e multifuncional mediada por certos canais iônicos (entre outras proteínas) na membrana celular. Um exemplo óbvio é o sentido do tato – os neurônios podem detectar pressão, alongamento e muito mais. O laboratório do Dr. Murthy está investigando um exemplo de mecanosensação em escala muito menor, com implicações profundas para a saúde neural: o processo de mielinização, no qual células especializadas chamadas oligodendrócitos (OLs) formam uma bainha ao redor de um nervo para melhorar a condução.

Supõe-se que sinais mecânicos (entre outros fatores) podem governar a morfologia e a mielinização do OL, mas os mecanismos subjacentes permanecem desconhecidos. O laboratório de Murthy está estudando o canal iônico mecanoativado TMEM63A, que é expresso em OLs, para revelar como esses canais poderiam mediar a mielinização e, por sua vez, esclarecer como os sinais mecânicos guiam o processo. Usando técnicas de patch-clamp in vitro e manipulação genética, Murthy confirmará a mecanossensibilidade do OL e se ela é mediada por TMEM63A e, em seguida, avaliará a dependência da mielinização em TMEM63A comparando cérebros de camundongos em diferentes pontos de seu desenvolvimento que possuem ou não genes TMEM63A silenciado. Finalmente, experimentos in vivo utilizando peixes zebra irão observar e documentar a mielinização em tempo real e determinar a dependência deste processo no TMEM63A. Compreender como a mielinização pode funcionar – e como pode falhar – será útil para os investigadores que estudam uma série de condições ligadas à mielinização, como as leucodistrofias hipomeilinizantes, bem como para expandir a compreensão da mecanosensação.

Karthik Shekhar, Ph.D., Engenharia Química e Biomolecular/ Helen Wills Neuroscience Institute, Universidade da Califórnia, Berkeley, Berkeley, CA

Evolução da diversidade neural e padronização no sistema visual

O laboratório do Dr. Shekhar busca entender como diversos tipos neurais e sua organização evoluíram para atender às necessidades de diferentes animais. A sua investigação centra-se no sistema visual do cérebro, especificamente na retina e no córtex visual primário, que estão notavelmente bem conservados em espécies separadas por centenas de milhões de anos de evolução. Ao compreender a composição neuronal nas retinas de diferentes espécies e como esses neurônios estão organizados, ele espera descobrir como a evolução agiu para acomodar requisitos visuais distintos – e, além disso, descobrir os fundamentos genéticos da rede neural e da evolução do cérebro.

A pesquisa de Shekhar examinará a conservação evolutiva e a divergência de tipos neuronais na retina de várias espécies de vertebrados, de peixes a pássaros e mamíferos, e usará abordagens computacionais para reconstruir a evolução da diversidade neural. Ele examinará se a evolução levou ao surgimento de novos tipos ou à modificação de tipos existentes, incluindo mudanças na morfologia, função ou conectividade. Um esforço simultâneo investigará o córtex visual, uma estrutura comum a todos os mamíferos, e concentrar-se-á em traçar as origens das primeiras épocas de desenvolvimento conhecidas como “períodos críticos”, onde as redes neurais no cérebro mostram uma plasticidade requintada à experiência sensorial. A pesquisa ajudará a mostrar como ocorreram as adaptações evolutivas no sistema visual, o que também apontará o caminho para futuras pesquisas sobre como outras partes do cérebro evoluíram. Um princípio orientador subjacente à abordagem de Shekhar é que as colaborações interdisciplinares – com engenheiros, neurocientistas, clínicos e cientistas computacionais – podem trazer novas abordagens para resolver algumas das grandes questões da neurociência.

Tanya Sippy, Ph.D., Professor Assistente, Escola de Medicina Grossman da Universidade de Nova York, Cidade de Nova York, NY

Modulação de células do estriado e sinapses por sinais de movimento de dopamina

A dopamina é talvez o neuromodulador mais conhecido, em grande parte devido ao papel que desempenha na sinalização da recompensa. Contudo, a dopamina também desempenha um papel fundamental no movimento, o que é claramente demonstrado pela incapacidade dos pacientes com doença de Parkinson, um distúrbio da dopamina, de iniciar movimentos. Dr. Sippy pretende ajudar a aprender mais sobre como a dopamina está envolvida no movimento, através de medições in vivo muito precisas das flutuações da dopamina simultaneamente com o potencial de membrana nos neurônios-alvo.

As gravações do potencial da membrana permitem que os membros do laboratório do Dr. Sippy meçam duas propriedades dos neurônios que são conhecidas por serem afetadas pela neuromodulação: 1) a força das entradas sinápticas e 2) a excitabilidade dos neurônios que determina como eles respondem a essas entradas. Mas medir as flutuações da dopamina e o potencial de membrana numa célula é muito difícil. O trabalho de Sippy depende da descoberta de que a atividade da dopamina é refletida nos dois hemisférios do cérebro e, portanto, a medição dela e do potencial de membrana pode ser feita em lados opostos e ainda assim ter resultados fortemente correlacionados. Com essas gravações feitas, Sippy irá manipular optogenéticamente o sistema de dopamina e ver como a ativação ou supressão da dopamina afeta as propriedades dos neurônios-alvo e como isso afeta as ações do animal.

Moriel Zelikowsky, Ph.D., Professor Assistente, Universidade de Utah, Salt Lake City, UT

Controle Cortical Neuropeptidérgico do Isolamento Social

O isolamento social prolongado pode ter um impacto negativo na vida dos mamíferos – resultando em declínio cognitivo, doenças cardíacas e alterações comportamentais, incluindo um aumento acentuado da agressividade. Embora muitos estudos tenham analisado o controlo subcortical de formas naturais de agressão, tais como aquelas que caracterizam a defesa territorial ou a protecção da descendência, poucos analisaram formas patológicas de agressão ou o seu controlo de cima para baixo. Dr. Zelikowsky pretende compreender melhor o mecanismo e os circuitos corticais envolvidos no aumento da agressão como resultado do isolamento social crônico.

A pesquisa inicial utilizando um modelo de camundongo identificou um papel para o neuropeptídeo Taquiquinina 2 (Tac2) como um neuromodulador subcortical do medo e da agressão induzidos pelo isolamento – quando a sinalização Tac2 foi silenciada, a agressão foi reduzida em camundongos isolados; quando ativada, a agressividade aumentou mesmo em camundongos não isolados. Criticamente, Tac2 também foi regulado positivamente no córtex pré-frontal medial (mPFC) após o isolamento social, no entanto, sua função no córtex permanece desconhecida. Mais pesquisas examinarão agora exatamente como os interneurônios Tac2 no mPFC medeiam a agressão em animais socialmente isolados. A pesquisa usa perturbações específicas do tipo celular em ratos que experimentaram isolamento social e estão expostos a encontros com ratos “intrusos” do mesmo sexo em seu espaço. O aprendizado de máquina é usado para identificar grupos de comportamento, que são mapeados para a atividade cerebral visualizada. Ao compreender como o isolamento pode mudar o cérebro dos mamíferos, os futuros investigadores poderão compreender melhor os efeitos da privação social prolongada nos humanos – e como enfrentá-los.